CN111811776B - 一种喷雾流场的测量方法和系统 - Google Patents
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Abstract
本申请提供一种喷雾流场的测量方法和系统，涉及喷雾流场测量技术领域。该测量方法包括：获取试验段沿三维空间坐标系的Y轴方向的叠加图像；获取试验段在经过面激光照射后的激发荧光图像；获取试验段的粒径统计信息；根据激发荧光图像、叠加图像和粒径统计信息，确定喷雾流场的参数信息；参数信息包括根据试验段内的三维空间中的气相场密度梯度、液雾分布和液滴群的粒径分布，参数信息用于确定在第一时间窗口内，喷雾流场的雾化特征。喷雾流场测量时各测量参数的时间基准是相同的，使得各测量数据所反映的雾化特征存在对应关系，实现对喷雾流场不同维度的表征。
Description
技术领域
本申请涉及喷雾流场测量技术领域，具体而言，涉及一种喷雾流场的测量方法和系统。
背景技术
超声速气体中液体横向射流雾化是超燃冲压发动机和旋转爆震发动机燃烧室内液体燃料喷注的主要形式，其雾化效果和与来流空气的掺混程度直接影响发动机的工作性能。
然而，目前在单次试验中通常只使用一种手段进行测量，想要获取某工况下的所有雾化特征和参数必须开展多次试验，并更换相应的测量设备。由于射流雾化是非定常过程，流场结构受来流参数影响显著，多次试验不能保证工况完全一致。因此，各测量设备得到的结果和所反映的雾化特征不存在对应关系，无法实现对喷雾流场不同维度的表征。
发明内容
本申请的目的包括，提供了一种喷雾流场的测量方法和系统，其能够保证喷雾流场测量时，各测量参数的基准是相同的，使得各测量数据所反映的雾化特征存在对应关系，实现对喷雾流场不同维度的表征。
本申请的实施例可以这样实现：
第一方面，本申请实施例提供一种喷雾流场的测量方法，所述方法包括：
获取试验段沿三维空间坐标系的Y轴方向的叠加图像；所述叠加图像具有时间标记，所述叠加图像用于确定所述试验段中的喷雾流场经过自然光源照射后，在所述Y轴方向的气相场密度梯度和液雾分布；
获取所述试验段在经过面激光照射后的激发荧光图像；所述激发荧光图像用于确定在所述时间标记对应的第一时间窗口内，所述喷雾流场在所述面激光照射下沿所述Y轴向所述三维空间坐标系的X轴偏移第一预设角度的方向的液雾分布；
获取所述试验段的粒径统计信息；所述粒径统计信息表征在所述第一时间窗口内，所述喷雾流场中每个液滴的直径信息；
根据所述激发荧光图像、所述叠加图像和所述粒径统计信息，确定所述喷雾流场的参数信息；所述参数信息包括根据所述试验段内的三维空间中的气相场密度梯度、液雾分布和液滴群的粒径分布，所述参数信息用于确定在所述第一时间窗口内，所述喷雾流场的雾化特征。
在可选的实施方式中，所述方法应用于测量系统，所述测量系统包括：机械台架、纹影系统及平面激光诱导荧光PLIF系统；
所述机械台架包括与所述X轴平行的横支架、与所述Y轴平行的纵支架、与所述三维空间坐标系的Z轴平行的竖支架；
所述纹影系统沿所述Y轴方向设置于试验段的两侧，所述喷雾流场为所述试验段中从所述三维空间坐标系的X轴方向流入和流出的；
所述获取试验段沿三维空间坐标系的Y轴方向的叠加图像，包括：
所述纹影系统的第一相机获取所述试验段在自然光源下的叠加图像。
在可选的实施方式中，所述机械台架的横支架上设置有顶部导轨，所述顶部导轨与所述X轴平行，所述PLIF系统的片光源成像器沿所述Z轴方向设置于所述顶部导轨；
所述PLIF系统还包括第二相机，所述第二相机设置于所述Y轴向所述X轴偏移第一预设角度的方向，所述第二相机的镜头中心和所述试验段的中心在所述Z轴方向的高度一致；
获取所述试验段在经过所述面激光照射后的激发荧光图像，包括：
所述顶部导轨控制所述片光源成像器沿所述X轴和/或所述Y轴方向进行移动，以使所述第二相机获取所述试验段在不同位置的面激光照射后的激发荧光图像。
在可选的实施方式中，所述测量系统还包括马尔文喷雾粒度仪；
所述马尔文喷雾粒度仪的发射端和接收端沿所述Y轴方向对称设置于所述试验段的两侧的底部导轨上，所述底部导轨为设置在所述机械台架的横支架上、并处于所述顶部导轨的下方的移动导轨，所述底部导轨与所述X轴平行，且所述发射端和所述接收端均处于所述试验段和所述纹影系统之间；
所述获取所述试验段的粒径统计信息，包括：
所述底部导轨控制所述马尔文喷雾粒度仪的发射端和接收端沿所述X轴和/或所述Z轴方向进行移动，以使所述马尔文喷雾粒度仪获取所述试验段在不同位置测量到的粒径统计信息。
在可选的实施方式中，所述纹影系统对称设置于所述试验段两侧，所述纹影系统还包括纹影系统组件，所述纹影系统组件包括至少一个球面镜；
所述纹影系统的第一相机获取所述试验段在自然光源下的叠加图像，包括：
所述纹影系统组件将从所述试验段在所述Y轴方向的自然光信息通过所述球面镜发送至所述第一相机；
所述第一相机根据所述球面镜发送的所述自然光信息生成所述叠加图像。
在可选的实施方式中，所述纹影系统组件还包括主反射镜和次反射镜；
所述主反射镜与所述试验段构成的线段与所述Y轴平行，所述次反射镜按照第二预设角度设置于所述第一相机的镜头前方；
所述纹影系统的第一相机获取所述试验段在自然光源下的叠加图像，包括：
所述主反射镜将采集的自然光信息发送至所述球面镜；
所述球面镜将所述自然光信息进行聚焦后发送至所述次反射镜；
所述次反射镜将聚焦后的自然光信息发送至所述第一相机；
所述第一相机根据所述聚焦后的自然光信息生成所述叠加图像。
第二方面，本申请实施例还提供一种喷雾流场的测量系统，所述测量系统包括：纹影系统、PLIF系统、马尔文喷雾粒度仪和数据处理系统；
所述数据处理系统分别与所述纹影系统、所述PLIF系统、所述马尔文喷雾粒度仪通信连接；
所述纹影系统，用于获取试验段沿三维空间坐标系的Y轴方向的叠加图像；所述叠加图像具有时间标记，所述叠加图像用于确定所述试验段中的喷雾流场经过自然光源照射后，在所述Y轴方向的气相场密度梯度和液雾分布；
所述PLIF系统，用于获取所述试验段在经过述面激光照射后的激发荧光图像；所述激发荧光图像用于确定在所述时间标记对应的第一时间窗口内，所述喷雾流场在所述面激光照射下沿所述Y轴向所述三维空间坐标系的X轴偏移第一预设角度的方向的液雾分布；
所述马尔文喷雾粒度仪，用于获取所述试验段的粒径统计信息；所述粒径统计信息表征在所述第一时间窗口内，所述喷雾流场中每个液滴的直径信息；
所述数据处理系统，用于根据所述激发荧光图像、所述叠加图像和所述粒径统计信息，确定所述喷雾流场的参数信息；所述参数信息包括根据所述试验段内的三维空间中的气相场密度梯度、液雾分布和液滴群的粒径分布，所述参数信息用于确定在所述第一时间窗口内，所述喷雾流场的雾化特征。
在可选的实施方式中，所述测量系统还包括机械台架；
所述机械台架包括与所述X轴平行的横支架、与所述Y轴平行的纵支架、与所述三维空间坐标系的Z轴平行的竖支架；
所述纹影系统沿所述Y轴方向设置于试验段的两侧，所述喷雾流场为所述试验段中从所述三维空间坐标系的X轴方向流入和流出的；
所述纹影系统的第一相机用于获取所述试验段在自然光源下的叠加图像。
在可选的实施方式中，所述机械台架的横支架上设置有顶部导轨，所述顶部导轨与所述X轴平行，所述PLIF系统的片光源成像器沿所述Z轴方向设置于所述顶部导轨；
所述PLIF系统还包括第二相机，所述第二相机设置于所述Y轴向所述X轴偏移第一预设角度的方向，所述第二相机的镜头中心和所述试验段的中心在所述Z轴方向的高度一致；
所述顶部导轨用于控制所述片光源成像器沿所述X轴和/或所述Y轴方向进行移动，以使所述第二相机获取所述试验段在不同位置的面激光照射后的激发荧光图像。
在可选的实施方式中，所述马尔文喷雾粒度仪的发射端和接收端沿所述Y轴方向对称设置于所述试验段的两侧的底部导轨上，所述底部导轨为设置在所述机械台架的横支架上、并处于所述顶部导轨的下方的移动导轨，所述底部导轨与所述X轴平行，且所述发射端和所述接收端均处于所述试验段和所述纹影系统之间；
所述底部导轨，用于控制所述马尔文喷雾粒度仪的发射端和接收端沿所述X轴和/或所述Z轴方向进行移动，以使所述马尔文喷雾粒度仪获取所述试验段在不同位置测量到的粒径统计信息。
相较于现有技术，本申请提供一种喷雾流场的测量方法和系统，涉及喷雾流场测量技术领域。所述方法包括：获取试验段沿三维空间坐标系的Y轴方向的叠加图像；所述叠加图像具有时间标记，所述叠加图像用于确定所述试验段中的喷雾流场经过自然光源照射后，在所述Y轴方向的气相场密度梯度和液雾分布；获取所述试验段在经过面激光照射后的激发荧光图像；所述激发荧光图像用于确定在所述时间标记对应的第一时间窗口内，所述喷雾流场在所述面激光照射下沿所述Y轴向所述三维空间坐标系的X轴偏移第一预设角度的方向的液雾分布；获取所述试验段的粒径统计信息；所述粒径统计信息表征在所述第一时间窗口内，所述喷雾流场中每个液滴的直径信息；根据所述激发荧光图像、所述叠加图像和所述粒径统计信息，确定所述喷雾流场的参数信息；所述参数信息包括根据所述试验段内的三维空间中的气相场密度梯度、液雾分布和液滴群的粒径分布，所述参数信息用于确定在所述第一时间窗口内，所述喷雾流场的雾化特征。喷雾流场测量时各测量参数的时间基准是相同的，使得各测量数据所反映的雾化特征存在对应关系，实现对喷雾流场不同维度的表征。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本申请实施例提供的一种喷雾流场的测量方法的流程示意图；
图2本申请实施例提供的一种喷雾流场的测量系统的结构示意图；
图3为本申请实施例提供的另一种喷雾流场的测量方法的流程示意图；
图4为本申请实施例提供的试验段和测量系统沿Y轴方向的视图；
图5为本申请实施例提供的另一种喷雾流场的测量方法的流程示意图；
图6为本申请实施例提供的另一种喷雾流场的测量系统的结构示意图；
图7为本申请实施例提供的另一种喷雾流场的测量方法的流程示意图；
图8为本申请实施例提供的一种多维同步测量方法的典型结果示意图。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本申请的描述中，需要说明的是，若出现术语“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，若出现术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例中的特征可以相互结合。
为了解决背景技术提出的不足，本申请实施例提供一种喷雾流场的测量方法，请参见图1，图1为本申请实施例提供的一种喷雾流场的测量方法的流程示意图，该喷雾流场的测量方法可以包括以下步骤：
S31，获取试验段沿三维空间坐标系的Y轴方向的叠加图像。
该叠加图像具有时间标记，叠加图像用于确定试验段中的喷雾流场经过自然光源照射后，在Y轴方向的气相场密度梯度和液雾分布，该叠加图像还可以表征超声速流场(气相流场)的波系结构；也就是说，该叠加图像可以用于提供来流气体的密度梯度图像结果，并获得浓密液雾区分布的图像结果。应理解，上述Y轴方向与试验段中的喷雾流场的流场沿展向一致。
S32，获取试验段在经过面激光照射后的激发荧光图像。
该激发荧光图像用于确定在时间标记对应的第一时间窗口内，喷雾流场在面激光照射下沿Y轴向三维空间坐标系的X轴偏移第一预设角度的方向的液雾分布。例如，该时间标记可以用于确定各测量数据(如叠加图像和激发荧光图像)的时间基准是相同的，避免上述的叠加图像和激发荧光图像处于不同的时间，影响喷雾流场的分析和检测；该第一预设角度可以是，但不限于30°、45°等。
S33，获取试验段的粒径统计信息。
该粒径统计信息表征在第一时间窗口内，喷雾流场中每个液滴的直径信息。例如，使用粒径统计信息来表示试验段中各个液滴的大小，或试验段内的液滴群的粒径分布和平均粒径结果等。
S34，根据激发荧光图像、叠加图像和粒径统计信息，确定喷雾流场的参数信息。
该参数信息包括根据试验段内的三维空间中的气相场密度梯度、液雾分布和液滴群的粒径分布，该参数信息用于确定在第一时间窗口内，喷雾流场的雾化特征。应理解，此处的液雾分布可以包括纹影系统在自然光源下测量得到的浓密液雾的分布区域，和PLIF系统在面激光照射下测量得到的液雾分布结果。
应理解，喷雾流场测量时各测量参数的基准是相同的(即都在第一时间窗口中)，使得各测量数据(叠加图像、激发荧光图像和粒径统计信息)所反映的雾化特征存在对应关系，实现对喷雾流场不同维度的表征，进而确定喷雾流场的雾化特征。
在本申请中，超声速气体中液体横向射流雾化流场的非接触光学手段可以采用：针对喷雾空间分布测量的纹影系统和PLIF系统；针对喷雾粒径测量的激光相位多普勒粒子测速仪系统(Phase Doppler Particle Analyzer，PDPA)或马尔文喷雾粒度仪，PDPA是运用多普勒频移和多普勒相位差原理进行速度和粒径测量的一种技术；本申请以马尔文喷雾粒度仪获取粒径统计信息为例进行说明。请参见图2，图2为本申请实施例提供的一种喷雾流场的测量系统的结构示意图，该测量系统200包括机械台架、纹影系统、PLIF系统和马尔文喷雾粒度仪。
测量系统200置于三维空间坐标系中，以试验段内气流流动方向为X轴正方向，即喷雾流场为试验段中从三维空间坐标系的X轴方向流入和流出的；水平方向为Y轴，竖直方向为Z轴，向上为Z轴正方向，试验段的中心为原点，如图2所示。试验段的两个水平侧面和垂直方向顶侧还可以设计玻璃盖板，方便非接触光学设备进行测量。
机械台架包括与X轴平行的横支架241、与Y轴平行的纵支架242、与三维空间坐标系的Z轴平行的竖支架243，机械台架的横支架上设置有顶部导轨244，顶部导轨244与X轴平行。
其中，纹影系统包括主反射镜211(如平面反射镜)、球面镜212和第一相机214；应理解，上述的自然光源可以是发光二极管(Light-Emitting Diode，LED)光源或卤素光源等，本申请不对其进行限定；为了获取不同方向的叠加图像，纹影系统可以沿Y轴方向设置于试验段的两侧，图2虽然只示出了纹影系统的部分光学组件和相机拍摄组件，另一侧还应有光源组件和其余部分光学组件，即纹影系统沿Y轴方向设置于试验段的两侧，以便实现对叠加图像的采集和获取。
PLIF系统包括PLIF激光光源221和片光源成像器222，需要说明的是，虽然图2是以PLIF激光光源221和片光源成像器222分离进行说明，在一种可能的实施例中，PLIF激光光源221和片光源成像器222还可以是集成在一起的；片光源成像器222沿Z轴方向设置于顶部导轨244上。应理解，图2虽然未画出数据处理系统，实际上，为了确定喷雾流场的雾化特征，测量系统200还可以包括数据处理系统，以实现对叠加图像、激发荧光图像和粒径统计信息的处理。该数据处理系统可以是，但不限于手机、平板电脑、可穿戴设备、车载设备、增强现实(Augmented Reality，AR)/虚拟现实(Virtual Reality，VR)设备、笔记本电脑、超级移动个人计算机(Ultra-Mobile Personal Computer，UMPC)、上网本、个人数字助理(PersonalDigital Assistant，PDA)等，申请实施例对数据处理系统的具体类型不作任何限制。
请继续参见图2，马尔文喷雾粒度仪的发射端231和接收端232沿Y轴方向对称设置于试验段的两侧的底部导轨245上，底部导轨245为设置在机械台架的横支架241上、并处于顶部导轨244的下方的移动导轨，底部导轨245与X轴平行，且发射端231和接收端232均处于试验段和纹影系统之间。上述的S33可以包括：底部导轨控制马尔文喷雾粒度仪的发射端和接收端沿X轴和/或Z轴方向进行移动，以使马尔文喷雾粒度仪获取试验段在不同位置测量到的粒径统计信息。
例如，通过机械台架的底部导轨245在X轴和Z轴方向的移动，马尔文喷雾粒度仪可实现单次试验中多个位置的测量。请参见图4，图4为本申请实施例提供的试验段和测量系统沿Y轴方向的视图，底部导轨245可沿X、Z轴进行移动，以使马尔文喷雾粒度仪进行测量；顶部导轨244可沿X、Y轴移动，调整PLIF平面激光器(即片光源成像器222)的位置，PLIF系统相机(即第二相机223)对试验段(测量区域)进行测量。
应理解，马尔文喷雾粒度仪的发射端231和接收端232通过正置或倒置的方式安装于试验段两侧的台架上，发射端231发出的激光垂直经过两侧玻璃，对喷雾流场的激光路径内的液滴参数(如平均粒径分布等)进行实时测量得到粒径统计信息，借助机械台架，在实验过程中，底部导轨控制马尔文喷雾粒度仪沿X轴、Z轴的移动，实现对喷雾流场内不同位置的测量。
为了获取上述的叠加图像，在图1的基础上，以测量方法应用于图2示出的测量系统200为例，请参见图3，图3为本申请实施例提供的另一种喷雾流场的测量方法的流程示意图，上述的S31可以包括：
S311，纹影系统的第一相机获取试验段在自然光源下的叠加图像。
应理解，纹影系统测量范围较大，在使用时不需进行移动纹影系统，在实验过程中保证带时间标记的测量即可。
请继续参见图2，PLIF系统还包括第二相机223，第二相机223设置于Y轴向X轴偏移第一预设角度的方向，第二相机223的镜头中心和试验段的中心在Z轴方向的高度一致，如均设置为1175mm。上述的S32可以包括：顶部导轨控制片光源成像器沿X轴和/或Y轴方向进行移动，以使第二相机获取试验段在不同角度的面激光照射后的激发荧光图像。
应理解，借助三维机械台架和激光光路的设计，PLIF系统可实现不同截面的连续拍摄，通过控制测量系统200实现触发和对移动距离的实时采集。
例如，PLIF系统的光源部件(如图2示出的PLIF激光光源221)置于试验段一侧，通过反光镜将激光调整至试验段Z轴正上方，线激光经过试验段顶侧的片光源成像器222时，可产生一定宽度的面光源，经过调整可沿垂直于XY平面的方向经试验段顶侧玻璃进入喷雾场内；通过光路的调整，可使面激光经过各纵截面(与XZ平面平行)、横截面(与YZ平面平行)，在试验段一侧按如图2所示位置布置PLIF拍摄组件第二相机223，可以对面激光所经平面上的激光诱导荧光进行拍摄记录，借助三维机械台架上的顶部导轨244，在实验过程中控制片光源成像器222沿X轴或Y轴移动，使得单次试验中可以获得不同横截面或纵截面上的荧光信号图片(激发荧光图像)。
在可选的实施方式中，在图3的基础上，为了获取上述的叠加图像，以纹影系统对称设置于试验段两侧，纹影系统还包括纹影系统组件，纹影系统组件包括至少一个球面镜，该球面镜用于将纹影系统采集的激光信息进行汇聚为例，请参见图5，图5为本申请实施例提供的另一种喷雾流场的测量方法的流程示意图，上述的S311可以包括：
S311a，纹影系统组件将从试验段在Y轴方向的自然光信息通过球面镜发送至第一相机。
应理解，纹影系统和机械台架之间可以设置一个窗口，以减少环境自然光的影响；请参见图2，该窗口可以设置为多个，以便减少纹影系统中的环境自然光线干扰；也可以设置为一个稍大的窗口，以便降低测量系统的设计工艺；纹影系统中的主反射镜211(如平面反射镜)采集试验段的自然光信息，球面镜212将采集的自然光信息汇聚后发送至第一相机214。
S311b，第一相机根据球面镜发送的自然光信息生成叠加图像。
如，第一相机214根据球面镜汇聚后的自然光信息生成叠加图像。
可以理解的，使用球面镜可以有效的将自然光信息进行收集和利用，降低散射的自然光线对纹影系统采集的叠加图像的影响，提高试验段中喷雾流场的液雾密度梯度的检测准确率。
如果只使用球面镜，会导致纹影系统所需的实验室较大，不利于测量系统的布置和测量方法的实时，在图2的基础上中，以纹影系统组件还包括主反射镜和次反射镜为例，请参见图6，图6为本申请实施例提供的另一种喷雾流场的测量系统的结构示意图，纹影系统组件还包括主反射镜211(如平面反射镜)和次反射镜213，主反射镜211(如平面反射镜)与试验段构成的线段与Y轴平行，次反射镜213按照第二预设角度设置于第一相机214的镜头前方。
下面以图6示出的测量系统200为例，对于上述的S311，给出一种可能的实现方式，请参见图7，图7为本申请实施例提供的另一种喷雾流场的测量方法的流程示意图，上述的S311可以包括：
S311-1，主反射镜将采集的自然光信息发送至球面镜。
例如，请继续参见图6，在试验段中心的高度为1175mm、PLIF激光光源221的中心高度为1100mm的情况下，将纹影系统的高度设置为1200-1500mm，主反射镜211(主反射镜)与球面镜212的距离可以设置为1800mm。应理解，上述各参数仅作为本申请提供的一种可能的实施例，不应理解为对本申请保护范围的限定。
S311-2，球面镜将自然光信息进行聚焦后发送至次反射镜。
例如，请继续参见图6，将球面镜212与次反射镜213的距离设置为2880mm。
S311-3，次反射镜将聚焦后的自然光信息发送至第一相机。
例如，请继续参见图6，将次反射镜213与第一相机214的距离设置为120mm。
S311-4，第一相机根据聚焦后的自然光信息生成叠加图像。
对于上述实施例中的测量方法，本申请实施例给出一种可能的具体流程：
绝对时间t0之前：进行试验准备工作，校准三维移动台架位置，调节纹影系统、马尔文喷雾粒度仪和PLIF系统光路，打开各测量设备。
绝对时间t0：试验开始，开启来流空气和液体射流喷注，纹影系统开始拍摄，通过纹影系统和流场参数曲线判断喷注雾化稳定阶段开始时刻。
绝对时间t1：试验进入稳定阶段，纹影系统继续拍摄，马尔文喷雾粒度仪和PLIF系统在初始位置完成数据和图像采集。
绝对时间t2：纹影系统继续拍摄，马尔文喷雾粒度仪移动至M001位置采集数据，PLIF系统移动至P001截面拍摄图片。
绝对时间t3：纹影系统继续拍摄，马尔文喷雾粒度仪移动至M002位置采集数据，PLIF系统移动至P002截面拍摄图片。
直至绝对时间tN：试验结束，关闭来流空气和液体射流喷注，测量系统停止采集，结果传输至数据处理系统做后处理。
请参见图8，图8为本申请实施例提供的一种多维同步测量方法的典型结果示意图，纹影图像(即叠加图像)为沿Y轴方向的叠加测量图像，结合PLIF系统各横截面的激发荧光图像(图8示出的PLIF测量结果)可知，喷雾流场集中在中心区域，在靠近两侧壁面位置处其实并无高密度液滴区，中心纵截面的激发荧光图像也与叠加图像中液滴的流动轨迹一致，马尔文测量区域对应图8中圆圈所示区域，仅给出此一处作示意。通过单次试验、同一时刻多种测量手段的有机组合，可以对喷雾流场进行综合表征。
请继续参见图2，本申请实施例提供一种喷雾流场的测量系统200，测量系统200包括：纹影系统、PLIF系统、马尔文喷雾粒度仪和数据处理系统。
数据处理系统分别与纹影系统、PLIF系统、马尔文喷雾粒度仪通信连接。
纹影系统，用于获取试验段沿三维空间坐标系的Y轴方向的叠加图像。叠加图像具有时间标记，叠加图像用于确定试验段中的喷雾流场经过自然光源照射后，在Y轴方向的气相场密度梯度和液雾分布。
PLIF系统，用于获取试验段在经过述面激光照射后的激发荧光图像。激发荧光图像用于确定在时间标记对应的第一时间窗口内，喷雾流场在面激光照射下沿Y轴向三维空间坐标系的X轴偏移第一预设角度的方向的液雾分布。
马尔文喷雾粒度仪，用于获取试验段的粒径统计信息。粒径统计信息表征在第一时间窗口内，喷雾流场中每个液滴的直径信息。
数据处理系统，用于根据激发荧光图像、叠加图像和粒径统计信息，确定喷雾流场的参数信息。参数信息包括根据试验段内的三维空间中的气相场密度梯度、液雾分布和液滴群的粒径分布，参数信息用于确定在第一时间窗口内，喷雾流场的雾化特征。
应理解，纹影系统、PLIF系统、马尔文喷雾粒度仪和数据处理系统可以协同实现上述的S31～S34及其可能的子步骤。
在可选的实施方式中，测量系统还包括机械台架。机械台架包括与X轴平行的横支架、与Y轴平行的纵支架、与三维空间坐标系的Z轴平行的竖支架。纹影系统沿Y轴方向设置于试验段的两侧，喷雾流场为试验段中从三维空间坐标系的X轴方向流入和流出的。纹影系统的第一相机用于获取试验段在自然光源下的叠加图像。
在可选的实施方式中，机械台架的横支架上设置有顶部导轨，顶部导轨与X轴平行，PLIF系统的片光源成像器沿Z轴方向设置于顶部导轨。PLIF系统还包括第二相机，第二相机设置于Y轴向X轴偏移第一预设角度的方向，第二相机的镜头中心和试验段的中心在Z轴方向的高度一致。顶部导轨用于控制片光源成像器沿X轴和/或Y轴方向进行移动，以使第二相机获取试验段在不同位置的面激光照射后的激发荧光图像。
在可选的实施方式中，马尔文喷雾粒度仪的发射端和接收端沿Y轴方向对称设置于试验段的两侧的底部导轨上，底部导轨为设置在机械台架的横支架上、并处于顶部导轨的下方的移动导轨，底部导轨与X轴平行，且发射端和接收端均处于试验段和纹影系统之间。底部导轨用于控制马尔文喷雾粒度仪的发射端和接收端沿X轴和/或Z轴方向进行移动，以使马尔文喷雾粒度仪获取试验段在不同位置测量到的粒径统计信息。
本申请提供一种喷雾流场的测量方法和系统，涉及喷雾流场测量技术领域。该测量方法包括：获取试验段沿三维空间坐标系的Y轴方向的叠加图像；叠加图像具有时间标记，叠加图像用于确定试验段中的喷雾流场经过自然光源照射后，在Y轴方向的气相场密度梯度和液雾分布；获取试验段在经过面激光照射后的激发荧光图像；激发荧光图像用于确定在时间标记对应的第一时间窗口内，喷雾流场在面激光照射下沿Y轴向三维空间坐标系的X轴偏移第一预设角度的方向的液雾分布；获取试验段的粒径统计信息；粒径统计信息表征在第一时间窗口内，喷雾流场中每个液滴的直径信息；根据激发荧光图像、叠加图像和粒径统计信息，确定喷雾流场的参数信息；参数信息包括根据试验段内的三维空间中的气相场密度梯度、液雾分布和液滴群的粒径分布，参数信息用于确定在第一时间窗口内，喷雾流场的雾化特征。喷雾流场测量时各测量参数的时间基准是相同的，使得各测量数据所反映的雾化特征存在对应关系，实现对喷雾流场不同维度的表征。
以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种喷雾流场的测量方法，其特征在于，所述方法包括：
以试验段内气流流动方向为X轴正方向，喷雾流场为试验段中从三维空间坐标系的X轴方向流入和流出的；水平方向为Y轴，竖直方向为Z轴，向上为Z轴正方向，试验段的中心为原点；
获取试验段沿三维空间坐标系的Y轴方向的叠加图像；所述叠加图像具有时间标记，所述叠加图像用于确定所述试验段中的喷雾流场经过自然光源照射后，在所述Y轴方向的气相场密度梯度和液雾分布；
获取所述试验段在经过面激光照射后的激发荧光图像；所述激发荧光图像用于确定在所述时间标记对应的第一时间窗口内，所述喷雾流场在所述面激光照射下沿所述Y轴向所述三维空间坐标系的X轴偏移第一预设角度的方向的液雾分布；
获取所述试验段的粒径统计信息；所述粒径统计信息表征在所述第一时间窗口内，所述喷雾流场中每个液滴的直径信息；
根据所述激发荧光图像、所述叠加图像和所述粒径统计信息，确定所述喷雾流场的参数信息；所述参数信息包括所述试验段内的三维空间中的气相场密度梯度、液雾分布和液滴群的粒径分布，所述参数信息用于确定在所述第一时间窗口内，所述喷雾流场的雾化特征。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法应用于测量系统，所述测量系统包括：机械台架、纹影系统及平面激光诱导荧光PLIF系统；
所述机械台架包括与所述X轴平行的横支架、与所述Y轴平行的纵支架、与所述三维空间坐标系的Z轴平行的竖支架；
所述纹影系统沿所述Y轴方向设置于试验段的两侧，所述喷雾流场为所述试验段中从所述三维空间坐标系的X轴方向流入和流出的；
所述获取试验段沿三维空间坐标系的Y轴方向的叠加图像，包括：
所述纹影系统的第一相机获取所述试验段在自然光源下的叠加图像。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述机械台架的横支架上设置有顶部导轨，所述顶部导轨与所述X轴平行，所述PLIF系统的片光源成像器沿三维空间坐标系的Z轴方向设置于所述顶部导轨；
所述PLIF系统还包括第二相机，所述第二相机设置于所述Y轴向所述X轴偏移第一预设角度的方向，所述第二相机的镜头中心和所述试验段的中心在三维空间坐标系的Z轴方向的高度一致；
获取所述试验段在经过所述面激光照射后的激发荧光图像，包括：
所述顶部导轨控制所述片光源成像器沿所述X轴和/或所述Y轴方向进行移动，以使所述第二相机获取所述试验段在不同位置的面激光照射后的激发荧光图像。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述测量系统还包括马尔文喷雾粒度仪；
所述马尔文喷雾粒度仪的发射端和接收端沿所述Y轴方向对称设置于所述试验段的两侧的底部导轨上，所述底部导轨为设置在所述机械台架的横支架上、并处于所述顶部导轨的下方的移动导轨，所述底部导轨与所述X轴平行，且所述发射端和所述接收端均处于所述试验段和所述纹影系统之间；
所述获取所述试验段的粒径统计信息，包括：
所述底部导轨控制所述马尔文喷雾粒度仪的发射端和接收端沿所述X轴和/或所述Z轴方向进行移动，以使所述马尔文喷雾粒度仪获取所述试验段在不同位置测量到的粒径统计信息。
5.根据权利要求2所述的测量方法，其特征在于，所述纹影系统对称设置于所述试验段两侧，所述纹影系统还包括纹影系统组件，所述纹影系统组件包括至少一个球面镜；
所述纹影系统的第一相机获取所述试验段在自然光源下的叠加图像，包括：
所述纹影系统组件将从所述试验段在所述Y轴方向的自然光信息通过所述球面镜发送至所述第一相机；
所述第一相机根据所述球面镜发送的所述自然光信息生成所述叠加图像。
6.根据权利要求5所述的测量方法，其特征在于，所述纹影系统组件还包括主反射镜和次反射镜；
所述主反射镜与所述试验段构成的线段与所述Y轴平行，所述次反射镜按照第二预设角度设置于所述第一相机的镜头前方；
所述纹影系统的第一相机获取所述试验段在自然光源下的叠加图像，包括：
所述主反射镜将采集的自然光信息发送至所述球面镜；
所述球面镜将所述自然光信息进行聚焦后发送至所述次反射镜；
所述次反射镜将聚焦后的自然光信息发送至所述第一相机；
所述第一相机根据所述聚焦后的自然光信息生成所述叠加图像。
7.一种喷雾流场的测量系统，其特征在于，所述测量系统包括：纹影系统、平面激光诱导荧光PLIF系统、马尔文喷雾粒度仪和数据处理系统；
以试验段内气流流动方向为X轴正方向，喷雾流场为试验段中从三维空间坐标系的X轴方向流入和流出的；水平方向为Y轴，竖直方向为Z轴，向上为Z轴正方向，试验段的中心为原点；
所述数据处理系统分别与所述纹影系统、所述平面激光诱导荧光PLIF系统、所述马尔文喷雾粒度仪通信连接；
所述纹影系统，用于获取试验段沿三维空间坐标系的Y轴方向的叠加图像；所述叠加图像具有时间标记，所述叠加图像用于确定所述试验段中的喷雾流场经过自然光源照射后，在所述Y轴方向的气相场密度梯度和液雾分布；
所述平面激光诱导荧光PLIF系统，用于获取所述试验段在经过面激光照射后的激发荧光图像；所述激发荧光图像用于确定在所述时间标记对应的第一时间窗口内，所述喷雾流场在所述面激光照射下沿所述Y轴向所述三维空间坐标系的X轴偏移第一预设角度的方向的液雾分布；
所述马尔文喷雾粒度仪，用于获取所述试验段的粒径统计信息；所述粒径统计信息表征在所述第一时间窗口内，所述喷雾流场中每个液滴的直径信息；
所述数据处理系统，用于根据所述激发荧光图像、所述叠加图像和所述粒径统计信息，确定所述喷雾流场的参数信息；所述参数信息包括所述试验段内的三维空间中的气相场密度梯度、液雾分布和液滴群的粒径分布，所述参数信息用于确定在所述第一时间窗口内，所述喷雾流场的雾化特征。
8.根据权利要求7所述的测量系统，其特征在于，所述测量系统还包括机械台架；
所述机械台架包括与所述X轴平行的横支架、与所述Y轴平行的纵支架、与所述三维空间坐标系的Z轴平行的竖支架；
所述纹影系统沿所述Y轴方向设置于试验段的两侧，所述喷雾流场为所述试验段中从所述三维空间坐标系的X轴方向流入和流出的；
所述纹影系统的第一相机用于获取所述试验段在自然光源下的叠加图像。
9.根据权利要求8所述的测量系统，其特征在于，所述机械台架的横支架上设置有顶部导轨，所述顶部导轨与所述X轴平行，所述PLIF系统的片光源成像器沿三维空间坐标系的Z轴方向设置于所述顶部导轨；
所述PLIF系统还包括第二相机，所述第二相机设置于所述Y轴向所述X轴偏移第一预设角度的方向，所述第二相机的镜头中心和所述试验段的中心在三维空间坐标系的Z轴方向的高度一致；
所述顶部导轨用于控制所述片光源成像器沿所述X轴和/或所述Y轴方向进行移动，以使所述第二相机获取所述试验段在不同位置的面激光照射后的激发荧光图像。
10.根据权利要求9所述的测量系统，其特征在于，所述马尔文喷雾粒度仪的发射端和接收端沿所述Y轴方向对称设置于所述试验段的两侧的底部导轨上，所述底部导轨为设置在所述机械台架的横支架上、并处于所述顶部导轨的下方的移动导轨，所述底部导轨与所述X轴平行，且所述发射端和所述接收端均处于所述试验段和所述纹影系统之间；
所述底部导轨，用于控制所述马尔文喷雾粒度仪的发射端和接收端沿所述X轴和/或所述Z轴方向进行移动，以使所述马尔文喷雾粒度仪获取所述试验段在不同位置测量到的粒径统计信息。
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